Por Wyeast Technical Center

Una cerveza turbia comúnmente se atribuye a levadura que no se asienta, pero esta sólo es una de múltiples posibilidades. La levadura no permanece en suspensión por si sola.

Floculación de levadura y clarificación de cerveza
Floculación de levadura y clarificación de cerveza

Durante el proceso de elaboración de la cerveza es posible enfrentarse a tres tipos diferentes de turbidez:

  1. Turbidez permanente causada por contaminación bacteriana o por la conversión del almidón en una maceración que no se completó adecuadamente.
  2. Turbidez por frío (chill haze) creada por enlaces polifenólicos de proteínas o por modificaciones que ocurren a bajas temperaturas y se normalizan a temperaturas más cálidas.
  3. Turbidez de la levadura, que dependerá de las características de floculación de la cepa y que desaparecerán durante el proceso de maduración.

¿Qué es la clarificación?

La clarificación de cerveza involucra muchos factores, desde bioquímicos hasta mecánicos, ya que una cerveza clara y brillante es el resultado de buenas técnicas de elaboración, una comprensión de los fundamentos de la clarificación, un buen sistema de filtrado e idealmente una combinación de los tres.

Técnicas de clarificación

Durante el proceso de elaboración, el cervecero puede agregar agentes clarificantes como Irish Moss o Brewtan B para eliminar proteínas del mosto.

En general, las cervecerías comerciales filtran la cerveza utilizando tierra de diatomeas, láminas, membranas, separadores y en algunos casos, dependiendo del estilo de cerveza, filtros lenticulares.

Para tener una idea de las complejidades involucradas en la clarificación, revisaremos diversos factores que afectan la floculación de la levadura, pero primero definiremos qué  e la floculación.

¿Qué es la floculación?

La floculación se refiere a la capacidad de la levadura para agregarse, formar grandes flóculos y luego salir de la suspensión.

La definición técnica de la floculación hace referencia a un proceso reversible, asexual y dependiente del calcio mediante el cual las células se adhieren para formar flóculos.

Es muy importante comprender los conceptos básicos de la floculación y cómo se ve afectada, ya que la floculación y la sedimentación son las formas más fáciles y menos costosas de obtener una cerveza clara y brillante.

La floculación también afecta el rendimiento de la fermentación y el sabor de la cerveza.

Idealmente, la levadura se mantendrá en suspensión hasta alcanzar la densidad final deseada para luego volverse floculante y caer en la solución.

Pero como cualquier cervecero sabrá, las levaduras no siempre cooperan es este punto, ya que tienen diferentes niveles de floculación que van desde no floculante (1007 German Ale, por ejemplo) hasta altamente floculante (como la 1968 London ESB Ale).

Células no floculantes

La levadura no floculante tiene células que parecen suaves bajo un microscopio y que tienen una carga superficial negativa.

Cuando estas células se acercan lentamente, se repelen entre sí, pero si se mueven la una hacia la otra suficientemente rápido, superarán la repulsión y chocarán, pero no se mantendrán unidas.

Células floculantes

Las células floculantes son células que parecieran estar cubiertas de pelos o espinas bajo un microscopio.

Estas células también tienen una carga superficial negativa que provoca repulsión entre ellas, sin embargo, cuando estas células chocan, superan la repulsión y se mantienen unidas.

Hipótesis de la lectina

La hipótesis de la lectina explica la floculación como un proceso controlado por interacciones entre paredes celulares, específicamente la unión de zimolectinas a residuos de manosa de manano de las células de levadura.

Las zimolectinas son proteínas producidas en la célula y luego secretadas en la pared celular que se unen a las moléculas de azúcar y requieren iones de calcio para mantenerse unidas.

Las zimolectinas también se unen a los residuos de manosa de manano de la pared celular. El manano consiste en cadenas de azúcar de manosa largas y ramificadas que están presentes en la pared celular.

El manano está presente en las paredes celulares de todas las células de levadura y está unido a cadenas peptídicas largas ancladas en la pared celular.

Las zimolectinas y los mananos de la pared celular funcionan básicamente como un velcro, aunque no se comprende bien qué provoca la producción y activación de las zimolectinas, se cree que se vuelven activas al final del crecimiento exponencial y durante la fase estacionaria.

Fases crecimiento células levadura
Fases crecimiento células levadura

Lo más probable es que el agotamiento de los nutrientes y el aumento de los subproductos de la fermentación (etanol y cambios de pH) desencadenen la producción y activación de zimolectinas.

Fenotipos de levadura cervecera

Hay dos fenotipos en las cepas cerveceras que se definen por el tipo de zimolectina que producen.

Fenotipo Flo1

En el fenotipo Flo1, las zimolectinas producidas se unen solo a los residuos de manosa y las zimolectinas son inhibidas solo por la manosa.

En este tipo de levadura, la floculación no se ve afectada por la etapa de crecimiento de la levadura. Muchas variedades de cerveza se encuentran en esta categoría.

Fenotipo NewFlo

En el fenotipo NewFlo, las zimolectinas producidas se unen a residuos de manosa y glucosa y son inhibidas por manosa, glucosa, maltosa y sacarosa.

La floculación se expresa típicamente al final de la fase exponencial y en la fase estacionaria temprana. Este grupo contiene la mayoría de las cepas lager y algunas cepas ale.

Co-floculación

La co-floculación puede ocurrir cuando se usan juntas una cepa floculante y una no floculante.

La combinación de los dos tipos de floculación puede hacer que ambas cepas floculen porque las zimolectinas de la cepa floculante se unen a los mananos de la cepa no floculante.

Es difícil predecir si dos cepas exhibirán co-floculación, por lo que siempre es importante realizar pruebas de fermentación a pequeña escala antes de usar dos cepas juntas.

Factores que promueven la floculación

La hipótesis de la lectina describe el mecanismo que hace que las células de levadura se unan, pero ¿Qué factores promueven este mecanismo?

Antecedentes genéticos de la cepa

  • Para que ocurra la floculación, la cepa debe portar los genes Flo responsables de codificar y regular la producción de proteínas Flo.
  • Los genes Flo son muy inestables y tienen frecuencias de mutación extremadamente altas.
  • La inestabilidad inherente conduce a la eliminación de los genes Flo y a la pérdida de las características de floculación.

Concentración de zimolectina

Un aumento de la concentración de zimolectina en la pared celular provoca la floculación y estos incluyen:

  • Agotamiento de nutrientes.
  • Aumento de los subproductos de la fermentación.
  • Aumento de temperatura.

Factores mecánicos que aumentan las colisiones entre células y la agregación celular

  • Turbulencia causada por la producción de CO2.
  • Gradientes de temperatura.
  • Mayor concentración de células.

Factores que disminuyen la carga electrostática repulsiva

  • Concentración de etanol.
  • pH.
  • Cambios en la composición de la pared celular.

Factores que aumentan la hidrofobicidad de la superficie celular o CSH

  • Aumentos en la concentración de proteína superficial.
  • Aumentos en la densidad de zimolectina debido a las regiones hidrofóbicas de esta proteína.
  • Cambio en la proporción de polipéptidos ricos en fósforo a ricos en nitrógeno en la pared celular.
  • Un aumento en la producción y acumulación de oxilípidos, esteroles y ácidos grasos en la pared celular.
  • Reducción de azúcares inhibidores de la zimolectina. En el transcurso de la fermentación, la levadura consumirá los azúcares que se unen competitivamente a las zimolectinas; esto hará que estos sitios estén disponibles para los mananos de la pared celular.

Edad de las células

  • Las células de levadura más viejas tienden a tener paredes celulares más ásperas y arrugadas que las células vírgenes, lo que tiende a aumentar su capacidad de unión.
  • Las células más viejas tienden a tener un crecimiento más filamentoso y pueden tener una mayor densidad de zimolectinas en la pared celular.

Impacto de la floculación y clarificación en la elaboración de cerveza

La floculación y la clarificación son temas complejos y se ven afectados por muchos factores.

Algunos de estos factores están fuera del control del cervecero, mientras que otros están al alcance de la mano.

La manipulación de los factores que afectan la floculación tendrá un impacto directo en el sabor y el aroma del producto terminado.

El punto es que el cervecero debe equilibrar los beneficios derivados de la floculación y la clarificación con el efecto sobre el sabor y el aroma del producto terminado.

Oxigenación

  • La aireación pobre o baja del mosto puede resultar en una floculación temprana e incompleta.
  • Una aireación exagerada puede resultar en una floculación más intensa y retrasada.
  • Afecta la síntesis de esteroles y ácidos grasos y presumiblemente la hidrofobicidad de la superficie celular (CSH)

Temperatura

  • La temperatura óptima de floculación puede variar entre cepas.
  • Los ensayos de investigación de cepas Lager han demostrado que la floculación es óptima a 10°C (50°F) y disminuye significativamente por debajo de 5°C (41°F).
  • La floculación para una cepa Lager aumentó cuando la temperatura se elevó de 5°C (41°F) a 25°C (77°F).
  • En otros ensayos de investigación, la floculación se reprimió a 25°C (77°F) y fue óptima a 5°C (41°F).
  • Al bajar la temperatura de fermentación, la producción de CO2 por parte de la levadura disminuye, lo que provoca menos turbulencia y promueve la sedimentación.
  • Un buen mantenimiento de registros ayudará a determinar el rango de temperatura óptimo.

pH

  • La floculación está influenciada por el pH del mosto.
  • La floculación puede ocurrir en un amplio rango de 2.5 a 9.0.
  • El rango óptimo es de 3.5 a 4.8 y variará según la cepa.
  • Las cepas cerveceras del fenotipo NewFlo se producen a un pH de 3.9 a 5.5 con un rango óptimo muy específico de la cepa.
Escala pH
Escala pH

Concentración de etanol

  • Los ensayos de investigación muestran que tanto los aumentos como las disminuciones en los niveles de etanol pueden mejorar la floculación.
  • Muy dependiente de la tensión.
  • Una concentración demasiado alta (10%) se vuelve tóxica para la levadura.

Tasa de lanzamiento

  • La investigación ha demostrado que una tensión NewFlo aumenta la floculación con un aumento gradual de la tasa de lanzamiento.
    • La tasa de lanzamiento aumentó de 1 millón de células/mL a 15 millones de células/mL.
    • La floculación aumentó del 58 al 71%.
  • Tasas de lanzamiento más altas pueden producir poblaciones con porcentajes más altos de células más viejas.

Trub

  • La influencia de los niveles de trub en la floculencia varía mucho entre las cepas de levadura.
  • A niveles de pH por debajo de 4.0 se producen interacciones electrostáticas entre las células de levadura y turbios que conducen a lechos de levadura pegajosos en la producción de cervezas bajas en carbohidratos.

Manejo de la levadura para la floculación y clarificación

Tasa de lanzamiento

  • Estandarizar las tasas de lanzamiento para eliminar este factor de la ecuación y determinar las fuentes de los cambios en la floculación.

Cultivo/cosecha de levadura

  • El cultivo de la levadura para su posterior reposición es muy importante para mantener las características de floculación adecuadas.
  • El cultivo de diferentes capas en el cono del fermentador se puede usar para ajustar y mantener las características de floculación.
  • El cultivo de la capa intermedia de levadura en el lecho de levadura seleccionará la floculación más alta.

Almacenamiento de levadura

  • Estandarizar tiempos y temperaturas de almacenamiento.
  • Los cambios en las temperaturas de almacenamiento pueden influir en las características de floculación de algunas cepas.

Lavado con ácido

  • Algunas investigaciones muestran que el lavado ácido intensivo conduce a una disminución de la floculencia en algunas cepas. Lo más probable es que esto se deba a cambios en la pared celular y cambios posteriores en la hidrofobicidad de la superficie celular (CSH).
  • La floculación puede verse afectada por las condiciones de almacenamiento y el lavado con ácido de la levadura antes de la inoculación.
  • Estos cambios en la floculación pueden trasladarse a repechajes posteriores.

Generación

  • La floculencia de una cepa de levadura cambiará con la repetición en serie. Esto se debe a cambios en la composición de la pared celular y la variación genética.
  • Es muy dependiente de la tensión; algunas cepas son mucho más estables que otras.

Conclusiones

La floculación es uno de los mecanismos más complejos y menos comprendidos que se producen en las levaduras.

Es muy difícil determinar exactamente por qué una cepa de levadura ha tenido un cambio en las características de floculación.

Un buen y consistente mantenimiento de registros combinado con un buen y consistente manejo de la levadura y técnicas de elaboración estandarizadas minimizarán la cantidad de factores desconocidos que afectan a la levadura.

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